投影仪分类及成像原理

投影仪分类及成像原理

pkucyh 2007-07-24 11:35 发表

到目前为止，投影机主要通过三种显示技术实现，即CRT投影技术、LCD投影技术以及近些年发展起来的DLP投影技术。

CRT三枪投影机

CRT是英文Cathode Ray Tube的缩写，译作阴极射线管。作为成像器件，它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。这种投影机可把输入信号源分解成R（红）、G（绿）B（蓝）三个CRT管的荧光屏上，荧光粉在高压作用下发光系统放大、会聚、在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与RT管组成投影管，通常所说的三枪投影机就是由三个投影管组成的投影机，由于使用内光源，也叫主动式投影方式。CRT技术成熟，显示的图像色彩丰富，还原性好，具有丰富的几何失真调整能力；但其重要技术指标图像分辨率与亮度相互制约，直接影响CRT投影机的亮度值，到目前为止，其亮度值始终徘徊在300lm以下。另外CRT投影机操作复杂，特别是会聚调整繁琐，机身体积大，只适合安装于环境光较弱、相对固定的场所，不宜搬动。

LCD是Liquid Cristal Display 的英文缩写。LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种。液晶是介于液体和固体之间的物质，本身不发光，工作性质受温度影响很大，其工作温度为-55oC~+77oC。投影机利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从机时影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。下面分别说明两种LCD投影机的原理。

液晶光阀投影机

它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与液晶与光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾，它采用外光源，也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由三部分组成：光电转换器、镜子、光调制器，它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上，将光信号转换为持续变化的电信号；外光源产生一束强光，投射到光光阀上，由内部的镜子反射，能过光调制器，改变其光学特性，紧随光阀的偏振滤光片，将滤去其它方向的光，而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过，这个光与CRT信号相复合，投射到屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机，亮度可达6000ANSI流明，分辨率为2500×2000，适用于环境光较强，观众较多的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所，但其价格高，体积大，光阀不易维修。主要品牌有：休斯-JVC、Ampro等。

液晶板投影机

它的成像器件是液晶板，也是一种被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯或UHP（冷光源），若是三块LCD板设计的则把强光通过分光镜形成RGB三束光，分别透射过RGB三色液晶板；信号源经过模数转换，调制加到液晶板上，控制液晶单元的开启、闭合，从而控制光路的通过断，再经镜子合光，由光学镜头放大，显示在大屏幕上。目前市场上常见的液晶投影机比较流行单片设计（LCD单板，光线不用分离），这种投影机体积小，重量轻，操作、携带极其方便，价格也比较低廉。但其光源寿命短，色彩不很均匀，分辨率较低，最高分辨率为1024×768，多用于临时演示或小型会议。这种投影机虽然也实现了数字化调制信号，但液晶本身的物理特性，决定了它的响应速度慢，随着时间的推移，性能有所下降。

数码投影机

DLP是英文Digital Light Porsessor 的缩写，译作数字光处理器。这一新的投影技术的诞生，使我们在拥有捕捉、接收、存储数字信息的能力后，终于实现了数字信息显示。DLP技术是显示领域划时代的革命，正如CD在音频领域产生的巨大影响一样，DLP将为视频投影显示翻开新的一页。它以DMD（Digital Micormirror Device)数字微反射器作为光阀成像器件

DLP投影机的技术关键点如下：首先是数字优势。数字技术的采用，使图像灰度等级达256-1024级，色彩达2563-10243种，图像噪声消失，画面质量稳定，精确的数字图像可不断再现，而且历久弥新。其次是反射优势。反射式DMD器件的应用，使成像器件的总光效率达60%以上，对比度和亮度的均匀性都非常出色。在DMD块上，每一个像素的面积为16μm×16，间隔为1μm。根据所用DMD的片数，DLP投影机可分为：单片机、两片机、三片机。DLP投影机清晰度高、画面均匀，色彩锐利，三片机亮度可达2000流明以上，它抛弃了传统意义上的会聚，可随意变焦，调整十分便利；分辨率高，不经压缩分辨率可达1024×768（有些机型的最新产品的分辨率已经达到1280×1024）

如果你曾经用过一个LCD投影机来把一个电脑里的形象显示在一个屏幕上，你就会知道，所显示的形象并不是你想要的那么清晰，明了。Digital Light Processing(DLP)作为来自TexasInstruments的一项独创性的新光学技术，有了重要的改进。DLP不是使用传递性的技术（阻塞光源的各个部分来建立形象），而是使用微小的镜子来反射光，产生一个光亮得足以在一个正常光线的房间里看得清的形象。

这些小镜子是一个Digital Micromirror Device(DMD)装置的一部分，是一个特殊的微晶片，上面覆盖有微小的，四方形的铝反射物，可绕轴旋转。当某一特定镜子单元向显示屏的光系统倾斜时，象点出现了；否则，就没有出现。大多数DLP投影单元依靠于一个单面设计，其中一个旋转的颜色轮为投影机提供连续的红、绿和蓝色光。

因为每个象点都是由一个单个的镜子处理的，你不会遇到在常规的三面投影机中普遍的聚合问题。因为这些镜子实际上覆盖了整个晶片表面，你将看到一个较整洁的图像，没有用active-matrixLCD时常看到的讨厌的黑色轮廓。三面高端单元也可用，我们看到的来自于InFocus等公司的第一批DLP投影机很出色，产生的图像比以前的投影机的更清晰、明了。

DLP投影机分两种：VGA和SVGA。SVGA有微镜晶片，使用了更多的镜子，由于它们的较大表面，因此显示的图像也较亮。在不久的未来，我们期望DLP技术在所有各种显示屏上都有巨大影响。现在，我们不用关闭房间的灯就可以显示鲜艳夺目的图像了。

DLP如何工作

将资料收集起来，输入电脑，制作成图文并茂，活泼生动的演示软件。一旦演示效果准备好，将电脑接上DLP投影机以后，所有文字图形及录象就会被送入DLP电路板。

一个典型的DLP电脑板由模数解码器，内存芯片，一个影象处理器及几个数字信号处理器(DSPs)组成,所有文字图象就是经过这块板产生一个纯粹的数字信号,其影像的色调和色彩质量直逼摄影胶片。

经过处理，数字信号转到DLP系统的心脏--DMD。这块革命性的DMD运作简单得象一个电灯开关。一台SVGA的投影机由超过500,000微型反射镜组成，每块镜子根据数字信号的输入情况在两种状态（开或关）下不断切换每个像素的光线。通过非常快速的开关这些小镜子，在DMD的反射表面就会形成一幅影象

对于商用投影机，通过一个色彩环系统过滤掉部分光线所产生的色彩加进影象中。该色彩轮依送入DMD 数字信号的红，绿，蓝顺序旋转，小镜子根据像素的位置及色彩的多少被打开或关闭。

到这时，DLP变成只有一个光源和一组投影镜头组成的简单光路系统。镜头放大了DMD的反射影像并直接投射在屏幕上，将一幅生动，精细，明亮的演示效果展现在我们面前。因为这种处理是完全数字化的，DLP投影系统能够作为一种数字显示界面，在会议室，戏院，电脑及电视得到广泛应用。比较传统的并迅速过时的模拟技术。您大可为拥有这样一种跨世纪高素质的数码技术而感到自豪。

LCD（液晶投影机）与DLP（数码投影机）的影像比较

单片LCD液晶机三片LCD液晶机单片DLP数码机

LCD投影机原理

三片式液晶投影机的成像原理(参见下图)，以某液晶投影机的光路为例：首先光线通过滤光片，滤掉红外线和紫外线这样的不可见光，红外线和紫外线对LCD 片有一定的损害作用。透过两片多镜头镜片将光线均匀化，并将UHP灯产生的

圆锥形光校正为和投影图像近似的矩形光线。在两片镜子之间的棱镜用来将光线预先极性化，较之没有该棱镜的不对称光箱，它可以减少光线的损失。光线下一步被分光镜分为红、绿、蓝三原色并被分别反射到相应的液晶片上。在到达液晶片之前光线还需要透过一个凸透镜和偏振片，凸透镜的作用是将光线集中，偏振片则进一步将光线极性化，使得光线振动方向一致，可以被液晶片控制。最后光线经过液晶片，通过电路板驱动，液晶片上的各像素点有序开闭，产生了图像，并通过每原色光的调校产生了丰富的色彩。最后三路光线最终汇聚在一起由镜头投射出去。